JPH0694071B2 - 溶接線倣い検出装置 - Google Patents

溶接線倣い検出装置

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JPH0694071B2
JPH0694071B2 JP23764085A JP23764085A JPH0694071B2 JP H0694071 B2 JPH0694071 B2 JP H0694071B2 JP 23764085 A JP23764085 A JP 23764085A JP 23764085 A JP23764085 A JP 23764085A JP H0694071 B2 JPH0694071 B2 JP H0694071B2
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信雄 柴田
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/12Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/127Means for tracking lines during arc welding or cutting
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、溶接線倣い検出装置に係り、特に、自動溶接
ロボットに好適で、溶接線の位置を高速に検出すること
のできる溶接線倣い検出装置に関するものである。
〔発明の背景〕
溶接ロボット用視覚センサは、溶接中の熱ひずみ等によ
り時々刻々変化する開先の位置を倣うため、カメラ等で
撮像した開先部分の入力画像を連続的に取り込み、高速
で処理を行ない追尾情報を得る必要がある。この処理も
溶接中のスパッタ,ヒューム等がランダムに現われる中
で行なうためノイズが発生し、これらのノイズを消すよ
う工夫がいる。
また、この種の視覚センサとして次のような文献が公知
である。「W.F.クロックソン,P.G.ディビィ,et,al:プロ
グレス.イン.ビジュアル フィードバック フォア
アーク.ウェルディング オブ シン シート スチー
ル:プロシーチング オブ コンファレンス オン ビ
ジョアル アンド センサリィ コントロールス,,PP.1
89-200,スタッフカルト,1982」(W.F.Cloksin,P.G.Dave
y,et,al:Progress in Visual Feedback for Robot Arc-
Welding of Thin Sheet Steel;Proc.Conf.on Vision an
d Sensory Controls,PP.189-200,Stuffgart,1982)。
すなわち、上記の文献に示されているシステムは、観測
装置から得られた光切断像を、256×256の画素に分割
し、各画素での明るさを「0,1」の1ビットの情報に変
換した後計算機のメモリに書込み、メモリに書込まれた
情報を用いて計算機による計算処理で線の検出,線の始
点,勾配,長さの検出,溶接開先の種類の判定,開先位
置の検出を行なうものであった。
しかし、同システムの情報処理では256×256の全画面情
報を用いて処理を行なっているため、高速で開先位置を
検出できないこと、溶接中に発生するスパッタあるいは
電気的なノイズ等により画像中に混入するノイズ成分が
あり、そのノイズ成分の判断を行なうための情報処理手
順が複雑になり、この結果処理に時間を要するという欠
点が有った。
〔発明の目的〕
本発明は、前記した従来技術における問題点に鑑みなさ
れたものであって、溶接部材と検出装置との相対的な位
置関係が変化しても、この変化を高速に検出することが
できる溶接線倣い検出装置を提供することを目的とする
ものである。
〔発明の概要〕
本発明による溶接線倣い検出装置は、スリット光線照射
系,観測用光学系及び観測用光学系から得られた画像を
ディジタル量に変換し、計算処理を行なう処理系を備え
た溶接線倣い検出装置において、予め処理系に記憶して
おいた光切断像情報あるいは直前に得られた光切断像情
報を基に基準の溶接線位置を定め、該基準位置を中心と
して定めた二次元の検出領域内で溶接線位置の検出処理
を行なうように成したことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の溶接線倣い検出装置の一実施例を添付図
に従って詳述する。
第1図,第2図は溶接線倣い検出装置の光学系の構成を
示したもので、溶接トーチ部を示してある。第1図,第
2図に示すように、検出装置の光学系は、溶接トーチ1
と一体化した構成としており、移動支持体2に取付けら
れている。光源3,4は、溶接トーチ1の中心軸に対して
所定の角度を成して取付けられ、平面内にシート状のレ
ーザ光5,6を照射する。そして、光源3,4は、溶接部材7
の溶接線上にお互いに溶接トーチ1により影になる部分
を照射するような1本のスリット光線8を形成する。
溶接部材7の溶接線上に投影されたスリット光線8によ
る像は、トーチ1に固定された観測用光学装置9により
電気信号に変換される。観測用光学装置9は、例えば、
ITVカメラや固定センサなどの二次元光位置検出器を内
蔵している。
第3図は、第1図,第2図に示した観測用光学装置9に
より得られた画像信号をディジタル情報に変換し計算処
理する電気回路の構成を示したものである。観測用光学
装置9を構成する二次元光位置検出器9′は、同期回路
10から得られる同期信号に同期して、検出器上の光切断
像を順次走査し、ビデオ信号に変換する。同期信号は、
クロック回路11のクロック信号を分周することにより発
生する。
12はA/D変換器を示し、二次元光位置検出器9′より得
られるビデオ信号を入力とし、クロック回路11から与え
られるパルス信号により、アナログ入力をディジタル量
に変換する。そして、クロック回路11のパルス信号はア
ドレスカウンタ13により計数される。
14はデータセレクタ、15はアドレスセレクタを示し、そ
れぞれA/D変換器12の出力及びアドレスカウンタ13の出
力を選択している場合には、メモリ16上にビデオ信号デ
ィジタル量に変換した情報が随時書込まれる 17は計算機を示し、1画面の取込みが終了した時点でチ
ップセレクト回路18により、データセレクタ14及び、ア
ドレスレジスタ15の入出力を切換え、それぞれ計算機17
のデータバス及びアドレスバスに接続し、メモリ16上に
記憶したディジタル情報を用いて溶接線の位置を求め
る。
また、第4図は、画面上における番地の割付方の一例を
示したもので、この例では、縦横で「256×256」に画像
を分割し、各分割点における入力画像の明るさを8ビッ
トのディジタル量に変換した後、第3図に示したメモリ
16にこれらのディジタル情報を記憶している。
以下、第5図〜第10図に示す重ね継手に対して得られる
光切断像を例にとり順を追って処理方法を説明する。第
5図〜第10図は重ね板継手の溶接線の位置をトーチ一体
型視覚センサにより検出している様子を示したものであ
る。
重ね板継手を検出対象とした場合には、ワークの上板が
溶接用トーチの進行方向に対して左側にある場合(第5
図〜第7図で示す)と、右側にある場合(第8図〜第10
図に示す)の2通りが考えられ、いずれの場合にも上板
の側面下端が下板と接する線が求めるべき溶接線とな
る。
この2つの場合に得られる代表的な光切断像を示すと第
7図及び第10図に示すようになる。そして、この2つの
切断像において、各々の画像中のA点及びB点が溶接線
の位置を示している。
なお、第5図,第6図は第7図の光切断像におけるトー
チの進行方向を説明するための図で、トーチ進行方向左
手にワークがある場合のトーチ部の側面図,正面図であ
る。
また、第8図,第9図は第10図の光切断像におけるトー
チの進行方向を説明するための図で、トーチ進行方向右
手にワークがある場合のトーチ部の側面図,正面図であ
る。
第7図,第10図それぞれは、トークの上板が溶接トーチ
の進行方向に対して左側にあるか右側にあるかの違いだ
けで、倣い検出は全く同じであるが、その一例をとって
説明する。
溶接線の画像検出は前述の如く第1図〜第3図で説明し
たとおりであるが、まず、第3図に示す二次元光位置検
出器9′で得た光切断像をA/D変換器12によりディジタ
ル量に変換し、メモリ16に記憶する。そして、メモリ16
に記憶したディジタル情報と、予め計算機17に記憶して
おいた閾値を比較し、画像データを「0,1」の2値情報
に変換する。次に、2値化した画像情報が「0」から
「1」,「1」から「0」に切換わる点のアドレスを計
算機17に内蔵されたメモリに記憶する。
第11図(a)〜(e)は倣い溶接線の光切断像から得ら
れる変化点アドレス検出について説明したものであっ
て、前述の画像情報が切換わる点のアドレス、すなわ
ち、変化点アドレスは第11図(b)のようになる。図
中、「〇−」が「0」から「1」に、また「×−」が
「1」から「0」にそれぞれ切換わることを示してい
る。以下では、各画像のアドレスを(m,n)で表わす。
ここでは、(n×256+m)が第4図の絶対番地に相当
する。
次に、直前に得た処理結果、あるいは予め決めておいた
設定値を基に基準の溶接線位置(m0,n0)を定め、溶接
線位置を中心にした「50×50」の領域内に変化点を持つ
要素を全て選び、選択した線要素の中心点、ならびに線
長を求める。
そして、上下に隣り合う線要素で、中心点のm座標が線
長の例えば1/4以上相違せず、且つ線長も、例えば1/4以
上相違しないものは同一の線群に属するという条件(同
条件は予め計算機により設定しておくものとする)を用
い、同一の線群に属する線要素の中心点を連結すると第
11図(d)を得る。次に、これらの線群の各々について
左右の端点をとり、この端点の上下方向について画像情
報の変化点を求め、この上下方向線要素についても同様
にして中心点を求める。こうして得た左右方向の中心点
と、上下方向の中心点の各々について、元の8ビットの
画像データを読み出し明るさの比較を行なう。そして、
より明るい中心点を真の中心点とし、左右の端点の真の
中心点をそれぞれの線群において求め、線群内の真の中
心点を結び中心線とする。そして、最後に各線群の中心
線について交点を計算する。
このようにして、各線の勾配及び交点の位置関係から第
11図(a)の光切断像は第8図,第9図に示したトーチ
進行方向に対し右側に溶接線がある場合に相当すること
が判定でき、第10図のB点に相当する交点座標(md,n
d)を溶接線の位置として検出する。
この座標値(md,nd)に、観測用光学系の像倍率を掛け
ると、溶接線の左右;前後方向の位置が、またスリット
光の照射角度を考慮すると上下方向の位置がそれぞれ計
算により求まる。
また、第12図は、本発明の倣い検出装置を利用して構成
した溶接ロボットの全体構成図を示したものである。ロ
ボット本体19は、F1,F2,F3,F4,F5及びF6の自由度を有
し、その手首部分に取付けた移動支持体2に前述の溶接
トーチ一体形の検出装置26が配設されている。7は溶接
されるべき溶接部材ワークである。
図中、20は溶接ワイヤを示し、ワイヤ供給リール21から
ガイド22を経て、シールドガスはガスボンベ23からチュ
ーブ24を経てそれぞれコンジットチューブ25に供給され
る。
このような溶接ロボット構成において、トーチ部に設け
られた検出装置26からの画像情報の処理は、前述第3図
に示した制御回路を内蔵する画像処理装置27により行な
う。また、ロボット本体19の制御は、ロボット制御回路
28を用いて行う。このロボット制御回路28は、画像処理
装置27の処理結果に基づき、溶接トーチ一体形の検出装
置26の姿勢及び位置を補正するようロボット本体19の制
御を行なう。また、同時に溶接用電源のオン,オフある
いは電流の制御も行う。
このようにして、溶接ロボットは、溶接トーチを溶接部
材の溶接線を倣いながら高精度の溶接作業を行なう。
〔発明の効果〕
上述の実施例からも明らかなように本発明によれば、溶
接線の画像検出処理を行なう領域を狭くし、溶接線のみ
の画像検出処理を行なうものであるから溶接線の検出処
理時間が短時間で済み、高速溶接が実現できる。また、
溶接中に発生するスパッタによる光学的ノイズの影響も
受け難くなる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
添付図は本発明の一実施例を説明するための図であっ
て、第1図,第2図は溶接線倣い検出装置の光学系の構
成図で、溶接トーチ部の正面図並びに側面図である。第
3図は画像処理回路のブロック図、第4図は画像メモリ
の番地割付け例を説明するための図、第5図,第6図並
びに第7図は、トーチ進行方向左手にワークがある場合
のトーチ部の側面図,正面図並びに光切断像である。第
8図,第9図並びに第10図は、トーチ進行方向右手にワ
ークがある場合のトーチ部の側面図,正面図並びに光切
断像である。第11は検出画像処理過程を説明するための
図、第12図は本発明の検出装置を利用した溶接ロボット
の全体構成を説明するための図である。 1……溶接トーチ、2……移動支持体、3,4……スリッ
ト光源、5,6……シート状レーザ光、7……溶接部材、
8……スリット光線、9……観測用光学系、9′……二
次元光位置検出器、10……同期回路、11……クロック回
路、12……A/D変換器、13……アドレスカウンタ、14…
…データセレクタ、15……アドレスセレクタ、16……メ
モリ、17……計算機、18……チップセレクタ、19……ロ
ボット本体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇田川 次男 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 川崎 悦一 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 株式会社日立製作所習志野工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被溶接物の溶接線に対して光照射する光源
    と、該光源からの照射光のなす面に対し、一定の角度を
    なす方向から反射光を検出するための観測用光検出器
    と、該光検出器で検出した反射光の形成する像をディジ
    タル情報に変換し、計算処理する計算システムとを具備
    して成る溶接ロボットにおける溶接線倣い検出装置にお
    いて、前記計算システムの処理系に予め記憶してある光
    切断像情報、あるいは直前に得られた光切断像処理情報
    を基に基準の溶接線位置を定め、該基準位置を中心とし
    て定めた二次元の検出領域内で溶接線位置の検出処理を
    行なうように構成したことを特徴とする溶接線倣い検出
    装置。
JP23764085A 1985-10-25 1985-10-25 溶接線倣い検出装置 Expired - Lifetime JPH0694071B2 (ja)

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JPH0632862B2 (ja) * 1988-10-08 1994-05-02 日本鋼管株式会社 狭開先溶接における開先倣い方法
KR20030089052A (ko) * 2002-05-16 2003-11-21 현대중공업 주식회사 다이오드 레이저를 장착한 절단기의 정도측정 방법

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